CN110014227B - 一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于激光加工技术领域，公开了一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统。激光切割方法包括以下步骤：将待切割的偏光片固定于工件台上；控制工件台和激光束运动；对于偏光片上不同加工方向，激光束的功率或能量不同，使偏光片不同方向所需的切割次数一致。激光切割系统具有控制系统，控制系统可根据不同加工方向改变激光束的功率或能量使偏光片不同方向所需的切割次数一致。本发明所提供的一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统，可根据偏光片的材料特性对偏光片进行分段参数控制，使偏光片各方向上切断所需的次数保持一致，利于提高生产效率、降低生产成本。

Description

一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统。

背景技术

液晶显示器在显示图像时的光线时都是取向光，而由自然光到取向光的转变则必须有对光进行取向选择的结构，而对光有取向作用除了液晶材料外，还需要偏光片。且对于TFT-LCD来说，正反面均需要贴附偏光片。偏光片(Polarizer)全称为偏振光片，可控制特定光束的偏振方向。主要作用是可以将不具偏极性的自然光转化为偏振光，透过液晶的转向，来控制光线的穿透与否，进而产生面板明暗之显示效果，利用液晶分子的扭转特性,达到控制光线的通过程度。偏光片为多层结构，上下表层为保护膜和离型膜(ReleaseFilm)，中部为TAC膜、PVA膜以及压敏胶(PSA)组成。偏光片中起偏振作用的核心膜材是PVA膜。PVA膜经染色后吸附具有二向吸收功能的碘分子，通过拉伸使碘分子在PVA膜上有序排列，形成具有均匀二向吸收性能的偏光膜，其透过轴与拉伸的方向垂直。

现有的偏光片加工一般为单片铡刀切断或冲切，主要为物理撕裂分离方式。但由于铡刀切断设备投资大，不能加工复杂图形，只能加工成平行四边形的片料，而冲切机虽然可以加工复杂图形，但更换图形比较复杂，需专门定制不同形状的模具刀。所以，目前多数偏光片厂商开始采用激光来进行偏光片的切割，加工速度快，效果好，且能适应不同尺寸和形状的偏光片材料切割。

但是，由于偏光片材料特殊的分子排布方向，在激光加工的过程中，不同加工方向上的材料切断所需要的切割次数不一样，加工时控制复杂，导致生产效率降低。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统，其生产效率高、生产成本低。

本发明的技术方案是：一种用于切割偏光片的激光切割方法，包括以下步骤：

将待切割的偏光片固定于工件台上；

控制工件台和激光束运动，使所述激光束聚焦至所述偏光片进行切割；

对于偏光片上不同加工方向，所述激光束的功率或能量不同，使所述偏光片不同方向所需的切割次数一致。

可选地，所述激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，当加工方向改变时，调整激光器发射激光脉冲的频率，使偏光片不同方向所需的切割次数一致。

可选地，切割的偏光片呈矩形且所述激光器发射的激光脉冲沿偏光片的长度方向加工时，激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，且激光脉冲的频率为f1，激光光斑的点距为d1＝v/f1；

所述激光器发射的激光脉冲沿偏光片的宽度方向加工时，激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，且激光脉冲的频率为f2，激光光斑的点距为d2＝v/f2，且d2不等于d1。

可选地，偏光片的加工轨迹呈具有圆角的矩形，所述加工轨迹的圆角段与偏光片的长度方向段采用频率为f1的激光脉冲进行加工，且偏光片与激光束聚焦光斑的相对运动速度为v1。

可选地，所述加工轨迹的宽度方向段采用频率为f2的激光脉冲进行加工，且偏光片与激光束聚焦光斑的相对运动速度为v2。

可选地，控制系统控制所述工件台相对激光器连续运动，通过传感装置监测所述工件台运动的位置信息，所述工件台运动设定的预设距离后，向所述激光器发送触发信号，使激光器出射激光脉冲对所述工件台上的偏光片进行切割加工。

本发明还提供了一种用于切割偏光片的激光切割系统，包括

工件台，用于固定偏光片并带动偏光片运动；

激光器，用于发射激光束；

控制系统，用于控制工件台的运动、监测偏光片的位置信息，并根据不同位置信息改变激光器发射的脉冲频率，从而使偏光片不同方向所需的切割次数一致。

可选地，所述激光器包括激光头和连接于激光头的光路系统；所述光路系统包括依次设置的扩束镜、反射镜、扫描振镜和聚焦镜。

可选地，所述工件台设置有位置检测反馈装置，所述位置检测反馈装置连接于所述控制系统，用于检测偏光片的位置信息。

可选地，所述激光头所发射激光束的波长为9-11微米。

本发明所提供的一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统，无需设置高成本的铡刀切断设备，可加工复杂图形，且可根据偏光片的材料特性对偏光片进行分段参数控制，可通过控制激光脉冲的频率，从而使得在不同方向加工时，激光的光斑间距分别为固定值，使偏光片各方向上切断所需的次数保持一致，加工流程完整，在整片偏光片的切割过程中，平台运动可不间断、无停顿，从而提高生产效率、降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于切割偏光片的激光切割方法的应用示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于切割偏光片的激光切割系统的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。

另外，本发明实施例中若有“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系的用语，其为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位或位置关系、也不是必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种用于切割偏光片的激光切割方法，包括以下步骤：

将待切割的偏光片固定于工件台上，工件台可以转动和平移；

控制工件台或/和激光束运动，使偏光片与激光器的相对运动速度为v，以使所述激光束聚焦至所述偏光片进行切割，本实施例中，仅控制工件台带动偏光片运动；

对于偏光片不同加工方向，所述激光束的功率或能量不同，使所述偏光片不同方向所需的切割次数一致，无需设置高成本的铡刀切断设备，可加工复杂图形，且可根据偏光片的材料特性对偏光片进行分段参数控制，使偏光片各方向上切断所需的次数保持一致，加工流程完整，在整片样片的切割过程中，平台运动可不间断、无停顿，从而提高生产效率。

本实施例中，激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，当加工方向改变时，调整所述激光器发射激光脉冲的频率，使偏光片不同方向所需的切割次数一致。即通过控制激光脉冲的频率而控制激光的能量，使得在不同方向加工时，激光的光斑间距分别为固定值，并使偏光片各方向上切断所需的次数保持一致，加工流程完整，在整片样片的切割过程中，平台运动可不间断、无停顿，从而提高生产效率。

具体应用中，可以根据偏光片不同方向的分子排布方向不同而设定激光脉冲的频率，例如分子偏振相对大的方向，激光脉冲的频率可相对较高，例如分子偏振相对小的方向，激光脉冲的频率可相对较小，从而使偏光片各方向上切断所需的次数保持一致。

本实施例中，以偏光片呈矩形为例，激光器发射的激光脉冲沿偏光片的长度方向加工时，激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，且激光脉冲的频率为f1，控制系统控制工件台带动偏光片运动的速度为v1，激光光斑的点距为d1＝v1/f1；

激光器发射的激光脉冲沿偏光片的宽度方向加工时，激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，且激光脉冲的频率为f2，控制工件台带动偏光片运动的速度为v2，激光光斑的点距为d2＝v2/f2，且d2不等于d1，v1可以等于V2。

具体地，所述激光器的激光脉冲加工偏光片的圆角时，激光脉冲的频率与加工相邻的直线段的频率相同，以进一步提高加工效率。

本实施例中，加工后的偏光片形状呈具有圆角的矩形，偏光片的圆角段与偏光片的长度方向段采用频率为f1的激光脉冲进行加工，且偏光片与激光束聚焦光斑的相对运动速度为v1，偏光片的宽度段采用频率为f2的激光脉冲进行加工，且偏光片与激光束聚焦光斑的相对运动速度为v2。

具体地，控制系统控制所述工件台相对激光器连续运动，通过传感装置监测工件台运动的位置信息，工件台运动设定的预设距离后，向激光器发送触发信号，使激光器发射激光脉冲对所述工件台上的偏光片进行切割加工。

本发明实施例还提供了一种用于切割偏光片的激光切割系统，包括工件台、激光器和控制系统(控制装置)，控制系统连接于工件台和激光器。工件台用于固定偏光片并带动偏光片运动(工件台可带动偏光片转动及移动)；激光器发射激光束且激光束的能量或功率可调；控制系统用于控制工件台的运动，监测偏光片的位置信息，并根据不同位置信息改变激光器发射的脉冲频率，从而使偏光片不同方向所需的切割次数一致。本实施例中，本实施例中激光器发射单脉冲能量固定且频率可调的激光脉冲，控制系统通过控制激光脉冲的频率实现激光能量的控制。这样，可根据偏光片的材料特性(分子排布方向)对偏光片进行分段参数控制，即通过控制激光脉冲的频率，从而使得在不同方向加工时，激光的光斑间距分别为固定值，使偏光片各方向上切断所需的次数保持一致，加工流程完整，在整片样片的切割过程中，平台运动可不间断、无停顿，从而提高生产效率。

具体地，所述激光器包括激光头和连接于激光头的光路系统；所述光路系统包括依次设置的扩束镜、反射镜、扫描振镜和聚焦镜。

具体地，所述工件台设置有位置检测反馈装置，所述位置检测反馈装置连接于所述控制系统，用于检测偏光片的位置信息。通过检测反馈装置(传感装置)监测工件台运动的位置信息，工件台运动设定的预设距离后，向激光器发送触发信号，使激光器出射激光脉冲对所述工件台上的偏光片进行切割加工。

具体地，所述激光头所发射激光束的波长可为9-11微米，优选10.6微米。

例如，如图1所示，偏光片需切割外形为带R角的矩形，包含X和Y两个方向，本实施例中，将X方向定义为长度方向，将Y方向定义为宽度方向，激光束沿偏光片的外形以顺时针方向加工。；

激光加工时，激光器所发射的激光脉冲的单脉冲能量保持固定，但脉冲频率f可以调节；

加工平台上设置有位移传感器(传感装置)，可以实时监测平台运动的位置信息；

当激光光斑作用在偏光片上时，各个光斑之间的间隔用点间距d表示，d＝v/f，v为平台的运动速度。

图1中为了保证直线段和圆弧段的加工效果相同，设置圆弧段与X方向直线段的点间距一致，为d1，即图中点D到A段的点间距保持固定。具体实现方式为根据平台实时反馈的位置信息，每次移动一定的预设距离之后，向激光器发送触发信号，使激光器出射激光脉冲对材料进行加工。而运动到点A之后，Y方向的加工需要更改加工时点间距d2，d1≠d2，同样根据平台实时反馈的位置信息，每次移动一定的预设距离之后，向激光器发送触发信号，使激光器出射激光脉冲对材料进行加工。

执行的步骤为：

1.检测平台的运动位置，当运动至D点时(假设加工轨迹为顺时针方向)，设置激光器出光频率为f1，平台运动速度为v1；

2.当平台运动至A点时，将激光器出光频率设置为f2，平台运动速度为v2；

3.当平台运动至B点时，切换激光器频率为f1，平台速度为v1；

4.当平台运动至C点时，切换激光器频率为f2，平台速度为v2，至D点，完成一遍加工过程。可以根据需要设定加工的次数即再从D点经A点、B点和C点回到D点，直至偏光片被完全切断、分离。

本发明实施例所提供的一种用于切割偏光片的激光切割方法以及激光切割系统，无需设置高成本的铡刀切断设备，可加工复杂图形，且可根据偏光片的材料特性对偏光片进行分段参数控制，即通过控制激光脉冲的频率，从而使得在不同方向加工时，激光的光斑间距分别为固定值，使偏光片各方向上切断所需的次数保持一致，加工流程完整，在整片样片的切割过程中，平台运动可不间断、无停顿，从而提高生产效率、降低生产成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于切割偏光片的激光切割方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待切割的偏光片固定于工件台上；

控制工件台和激光束运动，使所述激光束聚焦至所述偏光片进行切割；

对于偏光片上不同加工方向，所述激光束的功率或能量不同，使所述偏光片不同方向所需的切割次数一致；所述激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，当加工方向改变时，调整所述激光器发射激光脉冲的频率，使偏光片不同方向所需的切割次数一致；根据所述偏光片不同方向的分子排布方向不同而设定激光脉冲的频率。

2.如权利要求1所述的一种用于切割偏光片的激光切割方法，其特征在于，切割的偏光片呈矩形且所述激光器发射的激光脉冲沿偏光片的长度方向加工时，激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，且激光脉冲的频率为f1，激光光斑的点距为d1＝v/f1；

所述激光器发射的激光脉冲沿偏光片的宽度方向加工时，激光器发射单脉冲能量固定的激光脉冲，且激光脉冲的频率为f2，激光光斑的点距为d2＝v/f2，且d2不等于d1。

3.如权利要求2所述的一种用于切割偏光片的激光切割方法，其特征在于，偏光片的加工轨迹呈具有圆角的矩形，所述加工轨迹的圆角段与偏光片的长度方向段采用频率为f1的激光脉冲进行加工，且偏光片与激光束聚焦光斑的相对运动速度为v1。

4.如权利要求3所述的一种用于切割偏光片的激光切割方法，其特征在于，所述加工轨迹的宽度方向段采用频率为f2的激光脉冲进行加工，且偏光片与激光束聚焦光斑的相对运动速度为v2。

5.如权利要求1所述的一种用于切割偏光片的激光切割方法，其特征在于，控制系统控制所述工件台相对激光器连续运动，通过传感装置监测所述工件台运动的位置信息，所述工件台运动设定的预设距离后，向所述激光器发送触发信号，使激光器出射激光脉冲对所述工件台上的偏光片进行切割加工。

6.一种依据权利要求1-5任一项激光切割方法的用于切割偏光片的激光切割系统，其特征在于，包括

工件台，用于固定偏光片并带动偏光片运动；

激光器，用于发射激光束；

控制系统，用于控制工件台的运动，监测偏光片的位置信息，并根据位置信息改变激光器发射的脉冲频率，从而使偏光片不同方向所需的切割次数一致。

7.如权利要求6所述的一种用于切割偏光片的激光切割系统，其特征在于，所述激光器包括激光头和连接于激光头的光路系统；所述光路系统包括依次设置的扩束镜、反射镜、扫描振镜和聚焦镜。

8.如权利要求6所述的一种用于切割偏光片的激光切割系统，其特征在于，所述工件台设置有位置检测反馈装置，所述位置检测反馈装置连接于所述控制系统，用于检测偏光片的位置信息。

9.如权利要求6所述的一种用于切割偏光片的激光切割系统，其特征在于，所述激光头所发射激光束的波长为9-11微米。

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